Силицият е открит и получен през 1823 г. от шведския химик Йенс Якоб Берцелиус.
Вторият най-разпространен елемент в земната кора след кислорода (27,6% от масата). Намира се в съединения.
|
Структура на силициев атом в основно състояние 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2 |
Структура на силициев атом във възбудено състояние 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 3p 3 Степени на окисление: +4, -4. |
Алотропия на силиций
Известни са аморфен и кристален силиций.
Поликристален силиций
Кристал – тъмносиво вещество с метален блясък, висока твърдост, крехко, полупроводниково; ρ = 2,33 g/cm3, t°pl. =1415°С; заври. = 2680°C.
Има диамантена структура и образува силни ковалентни връзки. Инертен.
Аморфен - кафяв прах, хигроскопичен, диамантена структура, ρ = 2 g/cm 3, по-реактивен.
Получаване на силиций
1) Индустрия – въглища за отопление с пясък:
2C + SiO 2 t ˚ → Si + 2CO
2) лаборатория – нагряване на пясък с магнезий:
2Mg + SiO 2 t ˚ → Si + 2MgO Експеримент
Химични свойства
Типичен неметал, инертен.
Като редуциращ агент:
1) С кислород
Si 0 + O 2 t ˚ → Si +4 O 2
2) С флуор (без нагряване)
Si 0 + 2F 2 → SiF 4
3) С въглерод
Si 0 + C t ˚ → Si +4 C
(SiC - карборунд - твърд; използва се за заостряне и шлайфане)
4) Не взаимодейства с водород.
Силан (SiH 4) се получава чрез разлагане на метални силициди с киселина:
Mg 2 Si + 2H 2 SO 4 → SiH 4 + 2MgSO 4
5) Не реагира с киселини (Tсамо с флуороводородна киселина Si+4 HF= SiF 4 +2 з 2 )
Разтваря се само в смес от азотна и флуороводородна киселина:
3Si + 4HNO3 + 18HF → 3H2 + 4NO + 8H2O
6) С алкали (при нагряване):
Като окислител:
7) С метали (образуват се силициди):
Si 0 + 2Mg t ˚ →Mg 2 Si -4
Силицият се използва широко в електрониката като полупроводник. Добавянето на силиций към сплавите повишава тяхната устойчивост на корозия. Силикатите, алумосиликатите и силициевият диоксид са основните суровини за производството на стъкло и керамика, както и за строителната индустрия.Силицият в технологиите
Приложение на силиций и неговите съединения
Силан - SiH 4
Физични свойства: Безцветен газ, отровен, т.т. = -185°C, t°кип. = -112°C.
Получаване на силициева киселина
Ефектът на силните киселини върху силикатите - Na 2 SiO 3 + 2HCl → 2NaCl + H 2 SiO 3 ↓
Химични свойства:
При нагряване се разлага: H 2 SiO 3 t ˚ → H 2 O + SiO 2
Соли на силициева киселина - силикати.
1) с киселини
Na 2 SiO 3 +H 2 O+CO 2 =Na 2 CO 3 +H 2 SiO 3
2) със соли
Na 2 SiO 3 +CaCl 2 =2NaCl+CaSiO 3 ↓
3) Силикатите, които съставляват минералите, се разрушават в естествени условия под въздействието на вода и въглероден оксид (IV) - изветряне на скалите:
(K 2 O Al 2 O 3 6SiO 2) (фелдшпат) + CO 2 + 2H 2 O → (Al 2 O 3 2SiO 2 2H 2 O) (каолинит (глина)) + 4SiO 2 (силициев диоксид (пясък)) + K2CO3
Приложение на силициеви съединения
Естествените силициеви съединения - пясък (SiO 2) и силикати се използват за производството на керамика, стъкло и цимент.
|
Керамика |
|
|
Порцелан= каолин + глина + кварц + фелдшпат. Родното място на порцелана е Китай, където порцеланът е известен още през 220 г. През 1746 г. в Русия е създадено производство на порцелан.
|
фаянс -от името на италианския град Фаенца. Където през 14-ти и 15-ти век е развито керамичното майсторство. Фаянсът се различава от порцелана по по-високото съдържание на глина (85%) и по-ниската температура на изпичане. |
ТЕМА: Силициев оксид (VI). Силициева киселина.
МИШЕНА: Студентите трябва да научат свойствата на силициевия (VI) оксид и
силициева киселина по аналогия с въглерода и неговите съединения,
уверете се, че свойствата им са следствие от структурата на веществото;
ОБОРУДВАНЕ: Na2SiO3, HCl, колекция “Минерали и скали”, PSHE.
ПО ВРЕМЕ НА ЗАНЯТИЯТА.
аз . О организационен момент.
II .Проверка на домашните.
Момчета! В последния урок изучавахме силиций, дадохме му характеристики като химичен елемент и просто вещество. Помните ли къде се намира силицият в природата? Силицият е един от най-често срещаните елементи в земната кора, на второ място след кислорода (26-27%). Силицият е основният елемент в царството на скалите. Silica SiO2 – основна част от пясъка, Al2O3 2SiO2 2H2O – каолинит, основна част от глината,
K2O Al2O3 6SiO2 – фелдшпат (ортоклаз). В повечето организми съдържанието на силиций е ниско. Въпреки това, някои морски водорасли натрупват големи количества силиций - това са диатомеи; сред животните силициевите гъби съдържат много силиций.
Момчета! Какви са физичните свойства на силиция?
Известни са аморфен и кристален силиций. Кристалният силиций има метален блясък, огнеупорен е, много твърд, има атомна кристална решетка и има незначителна електропроводимост. (при стайна температура 1000 пъти< чем у ртути). Температура плавления 14200С, температура кипения 26200С.
Назовете областите на приложение на силиция. (Повечето Si се използва в производството на силициеви стомани, които имат висока топлоустойчивост и киселинна устойчивост. Силициевите кристали са полупроводници, поради което се използват като токоизправители и усилватели на ток, във фотоклетки.)
Сега възпроизведете върху листове хартия химичните свойства на силиция и производството му в лабораторията и в промишлеността.
III . Учене на нов материал.
1.Структура на кристалната решетка на SiO2.
2. Да бъдеш сред природата.
3.Физични свойства.
4. Химични свойства.
5.Прилагане.
6.Силициева киселина.
1).Структура на кристалната решеткаSiO2 .
SiO2 е аналог на въглерода. Техните висши оксиди са CO2 и SiO2. CO2 е газ, температурата на топене е 56,60C, молекулярна кристална решетка, състои се от отделни молекули, несвързани една с друга, и SiO2 е твърдо вещество, има висока точка на топене = 17280C, атомна кристална решетка, в която всеки силициев атом е свързан с четири атома кислород.
Следователно силициевият оксид има една гигантска молекула (SiO2)n, но за по-лесно записване ние пишем SiO2.
2) Да бъдеш сред природата.
Стабилно силициево съединение е силициев (VI) оксид, наречен силициев диоксид. Среща се в кристално, криптокристално и аморфно състояние. Повече SiO2 в кристално състояние.
SiO2 – силициев диоксид
кристален криптокристален аморфен
(минерал – кварц) (опал, яспис, ахат, кремък) (трипол)
Кристал - среща се в природата под формата на минерала кварц. Кварцът влиза и в състава на скалите – гранит и гнайс. Обикновеният пясък се състои от малки зърна кварц. Чистият пясък е бял, нарича се кварцов пясък, а обикновеният речен пясък съдържа примеси на желязо и затова е жълт. Прозрачните отделни кварцови кристали са планински кристал. Скалният кристал, оцветен в люляк, поради примеси се нарича аметист, а кафеникавият - опушен топаз. Те са бижута. Разтопеният кварц се превръща в прозрачно стъкло, когато се охлади. Кварцовото стъкло не пропуска ултравиолетовите лъчи.
Криптокристален Силициевите съединения включват опал, яспис, ахат и кремък. Опалът и ахатът имат красиви цветове. Използвани са за украса на московското метро. Кремъкът е твърд минерал, който се разпада на парчета с остри ръбове при удар и това е изиграло важна роля в историческото развитие на човешкото общество. Този минерал е бил използван за направата на инструменти.
Аморфен SiO2 е по-рядко срещан в природата. Черупките на някои диатомеи са изградени от аморфен SiO2 и натрупванията на тези черупки образуват на места големи отлагания, наричат се инфузорна почва или триполи (диатомит).
3) Физични свойства.
SiO2 е кристално твърдо вещество.
4) Химични свойства.
Често срещани са:
а) реагира с алкали при температура.
SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O
б) при температура реагира с основни оксиди
SiO2 + CaO = CaSiO3
Специфични.
а) не взаимодейства с вода.
б) с повишаване на температурата измества по-летливите оксиди от солите.
CaCO3 + SiO2 = CaSiO3 + CO2
в) реагира с флуороводородна киселина
SiO2 + 4HF = SiF4 + 2H2O
тетрафлуорид
5) Приложение.
1.Кварц – производство на стъкло, химическа стъклария.
2.Trepel - в строителството, като топлоизолатор и шумоизолиращ материал.
3. Декорации.
4. Производство на варовикова тухла.
5.Керамични изделия.
6) Силициева киселина.
Според таблицата за разтворимост H2SiO3 е една неразтворима киселина.
Може да се получи чрез взаимодействие на разтвори на неговите соли с киселини.
Na2SiO3 + 2HCl = 2NaCl + H2SiO3↓
студент утайка
2Na++ SiO32- + 2H+ + 2Cl- = 2Na+ + 2Cl-+ H2SiO3↓
2H+ + SiO32- = H2SiO3↓
С вода силициевата киселина образува колоидни разтвори. Това е по-слаба киселина, дори по-слаба от въглеродната киселина, крехка и постепенно се разлага при нагряване.
H2SiO3 = H2O + SiO2
VI. Консолидация.Гледане на част I от филма „Силициев (VI) оксид“
V. Домашна работа– синопсис, §35,36.
Задача 1 ред.
Колко въглероден оксид (VI) ще се отдели (в литри), когато натриевият карбонат се слее с 62 g силициев диоксид, съдържащ 3% примеси от железни съединения.
Дадено е: 1 mol x
m (SiO2) = 62g. Na2CO3+ SiO2= Na2SiO3 + CO2
Ѡ(приблизително) – 3% 1 mol 2 mol
V(CO2) - ? M (SiO2) = 28 + 32 = 60 g/mol
mch. V. = Ѡ mцвят / 100% = 97 62/100% = 60,14
υ(SiO2) = m/M = 60,14/60 = 1 mol
υ(СО2) = 1 мол
V(CO2) = Vm· υ = 22,4 ·1 = 22,4 l.
Задача II ред.
Колко Si(IV) оксид, съдържащ 0,2 масови фракции примеси, е необходим за получаване на 6,1 g натриев силикат?
Дадено: x 0,05
m (Na2SiO3) = 6,1 g. SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O
Ѡ(приблизително) =20% 1 mol 1 mol
m (SiO2) - ? M (SiO2) = 60 g/mol
M (Na2SiO3) = 122 g/mol
υ (Na2SiO3) = m / M = 6,1 / 122 = 0,05 mol
υ (SiO2) = 0,05 mol
m = M · υ = 60 · 0,05 = 3 g.
100% - 20% = 80%
мтс. V. = .mch. V. / Ѡ · 100% = 30 / 80 · 100 = 3,75 g.
Задача III ред.
Когато 120 g SiO2 взаимодействат със 106 g Na2CO3, се освобождава CO2. Каква маса от този газ се е образувала?
Дадено: 1 mol x
m (SiO2) = 120 g Na2CO3 + SiO2 = Na2SiO3 + CO2
m (Na2CO3) = 106 g 1 mol 1 mol 1 mol
V (CO2) - ? M (Na2CO3) = 106g/mol
M (SiO2) = 60 g/mol
M (CO2) = 44 g/mol
υ (Na2CO3) = m /M = 106 / 106 = 1 mol (недостатъчно)
υ (SiO2) = 120 / 60 = 2 mol (g)
V(CO2) = 1 mol
m (CO2) = M · υ = 44 · 1 = 44g.
Вторият представител на елементите на основната подгрупа на група IV (група IVA) от периодичната таблица на Д. И. Менделеев е силиций Si.
В природата силицият е вторият най-разпространен химичен елемент след кислорода. Повече от една четвърт от земната кора се състои от неговите съединения. Най-често срещаното силициево съединение е силициевият оксид (IV) SiO 2, другото му име е силициев диоксид.
В природата той образува минерала кварц (фиг. 158), много разновидности на който - планинският кристал и известната му лилава форма - аметист, както и ахат, опал, яспис, халцедон, карнеол, са известни като декоративни и полускъпоценни камъни. Обикновеният и кварцовият пясък също се състоят от силициев (IV) оксид.
Ориз. 158.
Кварцови кристали, вградени в доломит
Първобитните хора са правили инструменти от различни минерали на базата на силициев (IV) оксид (кремък, халцедон и др.). Именно кремъкът, този невзрачен и не много издръжлив камък, бележи началото на каменната ера - ерата на кремъчните сечива (фиг. 159). Има две причини за това: разпространението и наличността на кремъка, както и способността му да образува остри режещи ръбове при нарязване.
Ориз. 159.
Инструменти от каменната ера
Вторият тип естествени силициеви съединения са силикатите. Сред тях най-разпространени са алумосиликатите (ясно е, че тези силикати съдържат химичния елемент алуминий). Алумосиликатите включват гранит, различни видове глини и слюда. Силикат, който не съдържа алуминий, е например азбестът, от който се правят огнеупорни тъкани.
Силициевият (IV) оксид SiO 2 е от съществено значение за живота на растенията и животните. Той дава сила на стеблата на растенията и защитните покрития на животните (фиг. 160). Благодарение на него тръстиката, тръстиката и хвощът стоят здрави като щикове, острите листа на острица режат като ножове, стърнищата в окосена нива бодат като игли, а стъблата на житните култури са толкова здрави, че не позволяват на нивите в нивите легнете от дъжд и вятър. Рибените люспи, черупките на насекомите, крилете на пеперудата, птичите пера и животинската козина са издръжливи, защото съдържат силициев диоксид.
Ориз. 160.
Силициевият (IV) оксид придава здравина на стъблата на растенията и защитните покрития на животните
Силициевите съединения придават гладкост и здравина на човешката коса и нокти.
Силицият влиза и в състава на по-низши живи организми – диатомеи и радиоларии, най-деликатните бучки жива материя, които създават своите ненадминати по красота скелети от силициев диоксид (фиг. 161).
Ориз. 161.
Скелетите на диатомеите (а) и радиоларите (б) се състоят от силициев диоксид
Свойства на силиция. Вие използвате микрокалкулатор със слънчева батерия и следователно имате представа за кристален силиций. Това е полупроводник. За разлика от металите, неговата електропроводимост се увеличава с повишаване на температурата. Слънчевите панели са инсталирани на сателити, космически кораби, станции и покриви на къщи (фиг. 162), преобразувайки слънчевата енергия в електрическа. Те използват полупроводникови кристали, предимно силиций. Силиконовите слънчеви клетки могат да преобразуват до 10% от абсорбираната слънчева енергия в електричество.
Ориз. 162.
Слънчева батерия на покрива на къща
Силицият изгаря в кислород, образувайки вече известния силициев оксид (IV):
Тъй като е неметал, при нагряване силицият се свързва с метали, за да образува силициди, например:
Силицидите лесно се разлагат от вода или киселини, освобождавайки газообразно водородно съединение на силиция - силан:
За разлика от въглеводородите, силанът спонтанно се запалва във въздуха и изгаря, за да образува силициев (IV) оксид и вода:
Повишената реактивност на силана в сравнение с метана CH4 се обяснява с факта, че атомният размер на силиция е по-голям от този на въглерода, следователно химическите връзки Si-H са по-слаби от връзките C-H.
Силицият реагира с концентрирани водни разтвори на алкали, образувайки силикати и водород:
Силицият се получава чрез редуцирането му от силициев (IV) оксид с магнезий или въглерод:
Силициевият оксид (IV), или силициевият диоксид, или силициев диоксид SiO 2, подобно на CO 2, е киселинен оксид. Въпреки това, за разлика от CO2, той няма молекулярна, а атомна кристална решетка. Следователно SiO 2 е твърдо и огнеупорно вещество. Не се разтваря във вода и киселини, освен, както знаете, флуороводородна киселина, но реагира при високи температури с основи, за да образува соли на силициева киселина - силикати:
Силикатите могат да бъдат получени и чрез сливане на силициев (IV) оксид с метални оксиди или карбонати:
Натриевите и калиеви силикати се наричат разтворимо стъкло. Техните водни разтвори са добре познатото силикатно лепило.
От разтвори на силикати, чрез действието на по-силни киселини върху тях - солна, сярна, оцетна и дори въглеродна, се получава силициева киселина H 2 SiO 3 (фиг. 163):
Ориз. 163. Качествена реакция на силикатен йон
Следователно H 2 SiO 3 е много слаба киселина. Той е неразтворим във вода и изпада от реакционната смес под формата на желатинова утайка, понякога компактно запълваща целия обем на разтвора, превръщайки го в полутвърда маса, подобна на желе или желе. Когато тази маса изсъхне, се образува силно поресто вещество - силикагел, който се използва широко като адсорбент - абсорбатор на други вещества.
Лабораторен опит No40
Получаване на силициева киселина и изследване на нейните свойства
Силиконови приложения. Вече знаете, че силицийът се използва за производството на полупроводникови материали, както и за киселинноустойчиви сплави. Когато кварцовият пясък се слее с въглища при високи температури, се образува силициев карбид SiC, който е на второ място след диаманта по твърдост. Поради това се използва за заточване на фрези на металорежещи машини и полиране на скъпоценни камъни.
Различни кварцови химически стъклени съдове се правят от разтопен кварц, който издържа на високи температури и не се напуква при внезапно охлаждане.
Силициевите съединения служат като основа за производството на стъкло и цимент.
Обикновеното прозоречно стъкло има състав, който може да се изрази с формулата Na 2 O CaO 6 SiO 2. Произвежда се в специални стъкларски пещи чрез стопяване на смес от сода, варовик и пясък.
Отличителна черта на стъклото е способността да омекне и в разтопено състояние да приеме всякаква форма, която се запазва, когато стъклото се втвърди. На това се основава производството на сервизи и други изделия от стъкло.
Различни добавки придават допълнителни качества на стъклото. Така чрез въвеждане на оловен оксид се получава кристално стъкло, хромният оксид оцветява стъклото в зелено, кобалтовият оксид в синьо и т.н. (фиг. 164).
Ориз. 164.
Продукти от цветно стъкло
Стъклото е едно от най-старите изобретения на човечеството. Още преди 3-4 хиляди години производството на стъкло е било развито в Египет, Сирия, Финикия и Черноморския регион.
Стъклото е материал не само за занаятчии, но и за художници. Майсторите на Древен Рим са постигнали високо съвършенство, които са умеели да получават цветно стъкло и да правят мозайки от техните парчета.
Ориз. 165.
Витражи в катедралата Нотр Дам, Шартр
Произведенията на изкуството, изработени от стъкло, са задължителни атрибути на всеки голям музей, а цветните витражи на църкви и мозаечни панели са ярки примери за това (фиг. 165). В едно от помещенията на петербургския филиал на Руската академия на науките има мозаечен портрет на Петър I, направен от М. В. Ломоносов (фиг. 166).
Ориз. 166.
Мозаечен портрет на Петър I
Областите на приложение на стъклото са много обширни. Това е прозорец, бутилка, лампа, огледално стъкло; оптично стъкло - от очила до очила за камера; лещи на безброй оптични инструменти - от микроскопи до телескопи.
Друг важен материал, получен от силициеви съединения, е циментът. Получава се чрез синтероване на глина и варовик в специални ротационни пещи.
Ако циментовият прах се смеси с вода, се образува циментова паста или, както го наричат строителите, „циментов разтвор“, който постепенно се втвърдява. Когато към цимента като пълнител се добави пясък или натрошен камък, се получава бетон. Якостта на бетона се увеличава, ако в него се въведе желязна рамка - получава се стоманобетон, от който се изработват стенни панели, подови блокове, мостови ферми и др.
Силикатната промишленост произвежда стъкло и цимент. Произвежда и силикатна керамика - тухла, порцелан (фиг. 167), фаянс и изделия от тях.
Ориз. 167.
Порцелан
Откриване на силиций. Въпреки че още в древни времена хората широко са използвали силициеви съединения в ежедневието, самият силиций е получен за първи път през 1824 г. от шведския химик Й. Я. Берцелиус. Въпреки това, 12 години преди него, силиций е получен от J. Gay-Lussac и L. Thénard, но той е много замърсен с примеси.
Латинското наименование силиций произлиза от латинската дума silex - "кремък". Руското име „силиций“ идва от гръцкото krimnos - „скала, скала“.
Нови думи и понятия
- Естествени силициеви съединения: силициев диоксид, кварц и неговите разновидности, силикати, алумосиликати, азбест.
- Биологично значение на силиция.
- Свойства на силиция: полупроводник, взаимодействие с кислород, метали, основи.
- Силан.
- Силициев(IV) оксид. Неговата структура и свойства: взаимодействие с основи, основни оксиди, карбонати и магнезий.
- Силициева киселина и нейните соли. Разтворимо стъкло.
- Приложение на силиций и неговите съединения.
- Стъклена чаша.
- Цимент.
Задачи за самостоятелна работа
Силициев IV оксид TU 6-09-3379-79
SiO2
Силициев диоксид (силициев диоксид, SiO2; лат. силициев диоксид) - силициев (IV) оксид. Безцветни кристали с точка на топене +1713…+1728 °C, притежаващи висока твърдост и якост.
Силициевият диоксид е основният компонент на почти всички земни скали, по-специално на диатомичната пръст. 87% от масата на литосферата се състои от силициев диоксид и силикати. В човешката кръв и плазма концентрацията на силициев диоксид е 0,001% от теглото.
Имоти
- Принадлежи към групата на киселинните оксиди.
- При нагряване реагира с основни оксиди и основи.
- Реагира с флуороводородна киселина.
- SiO 2 принадлежи към групата на стъклообразуващите оксиди, т.е. той е склонен към образуване на преохладена стопилка - стъкло.
- Един от най-добрите диелектрици (не провежда електрически ток, ако няма примеси и не се нагрява).
Полиморфизъм
Силициевият диоксид има няколко полиморфни модификации.
Най-разпространеният от тях на повърхността на земята - α-кварцът - кристализира в тригоналната система. При нормални условия силициевият диоксид най-често се среща в α-кварцовия полиморф, който при температури над +573 °C обратимо се трансформира в β-кварц. При по-нататъшно повишаване на температурата кварцът се превръща в тридимит и кристобалит. Тези полиморфи са стабилни при високи температури и ниско налягане.
В природата се срещат и форми – опал, халцедон, кварцин, лутецит, автигенен кварц, които принадлежат към групата на силициевия диоксид. Опалът (SiO 2 *nH 2 O) в тънък разрез е безцветен, изотропен, има отрицателен релеф, отлага се в морски резервоари и е част от много силикатни скали. Халцедон, кварц, лутецит - SiO 2 - са криптокристални разновидности на кварца. Образуват влакнести агрегати, розетки, сферолити, безцветни, синкави, жълтеникави. Те се различават помежду си по някои свойства - халцедонът и кварцинът имат пряка екстинкция, лутецитът има наклонена екстинкция, а халцедонът има отрицателно удължение.
При високи температури и налягания силициевият диоксид първо се превръща в коесит (който е синтезиран от американския химик Лоринг Коус през 1953 г.), а след това в стишовит (който е синтезиран през 1961 г. от С. М. Стишов и през 1962 г. е открит в метеоритен кратер ) [ източникът не е посочен 2294 дни ] . Според някои изследвания стишовитът съставлява значителна част от мантията, така че въпросът кой тип SiO 2 е най-разпространен на Земята все още няма ясен отговор.
Има и аморфна модификация - кварцово стъкло.
Химични свойства
Силициевият диоксид SiO 2 е киселинен оксид, който не реагира с вода.
Химически устойчив на киселини, но реагира с газ флуороводород:
и флуороводородна киселина:
Тези две реакции се използват широко за ецване на стъкло.
Когато SiO 2 се слее с основи и основни оксиди, както и с карбонати на активни метали, се образуват силикати - соли на много слаби, неразтворими във вода силициеви киселини с обща формула xH 2 O ySiO 2, които нямат постоянен състав (доста често в литературата се споменават несилициеви киселини и силициева киселина, въпреки че всъщност говорим за едно и също вещество).
Например, натриев ортосиликат може да се получи:
калциев метасиликат:
или смесен калциев и натриев силикат:
Стъклото за прозорци е направено от силикат Na 2 CaSi 6 O 14 (Na 2 O·CaO·6SiO2).
Повечето силикати нямат постоянен състав. От всички силикати само натриевите и калиевите силикати са разтворими във вода. Разтворите на тези силикати във вода се наричат течно стъкло. Благодарение на хидролизата, тези разтвори се характеризират със силно алкална среда. Хидролизираните силикати се характеризират с образуването на не истински, а колоидни разтвори. Когато разтвори на натриеви или калиеви силикати се подкисляват, се утаява желатинова бяла утайка от хидратирани силициеви киселини.
Основният структурен елемент както на твърдия силициев диоксид, така и на всички силикати е групата, в която силициевият атом Si е заобиколен от тетраедър от четири кислородни атома O. В този случай всеки кислороден атом е свързан с два силициеви атома. Фрагментите могат да бъдат свързани помежду си по различни начини. Сред силикатите според характера на връзките в техните фрагменти се делят на островни, верижни, лентови, слоести, рамкови и др.
Касова бележка
Синтетичният силициев диоксид се получава чрез нагряване на силиций до температура от +400...+500 °C в кислородна атмосфера, докато силицийът се окислява до SiO 2 диоксид. Както и термично окисляване при високи температури.
В лабораторни условия синтетичен силициев диоксид може да се получи чрез действието на киселини, дори слаба оцетна киселина, върху разтворими силикати. Например:
силициевата киселина веднага се разпада на вода и SiO 2, които се утаяват.
Естествен силициев диоксид под формата на пясък се използва там, където не се изисква висока чистота на материала.
Приложение
Силициевият диоксид се използва в производството на стъкло, керамика, абразиви, бетонови изделия, за производството на силиций, като пълнител при производството на каучук, в производството на силициеви огнеупорни материали, в хроматографията и др. Кварцовите кристали имат пиезоелектрични свойства и затова се използват в радиотехниката, ултразвукови инсталации и запалки. Аморфният непорест силициев диоксид се използва в хранително-вкусовата промишленост като ексципиент E551, който предотвратява слепване и слепване, парафармацевтици (пасти за зъби), във фармацевтичната индустрия като ексципиент (изброени в повечето фармакопеи), както и като хранителна добавка или лекарство като ентеросорбент.
Изкуствено произведените филми от силициев диоксид се използват като изолатор при производството на микросхеми и други електронни компоненти.
Използва се и за производство на оптични кабели. Използва се чист разтопен силициев диоксид с някои специални съставки, добавени към него.
Силициевата нишка се използва и в нагревателните елементи на електронните цигари, тъй като абсорбира течността добре и не се разпада при нагряване на намотката.
Големи прозрачни кварцови кристали се използват като полускъпоценни камъни; безцветните кристали се наричат планински кристал, виолетовите кристали се наричат аметисти, а жълтите кристали се наричат цитрин.
В микроелектрониката силициевият диоксид е един от основните материали. Използва се като изолационен слой, а също и като защитно покритие. Получава се под формата на тънки слоеве чрез термично окисляване на силиций, химическо отлагане на пари и магнетронно разпрашване.
Порести силициеви диоксиди
Порестите силициеви диоксиди се получават по различни методи.
Силохромът се получава чрез агрегиране на аеросил, който от своя страна се получава чрез изгаряне на силан (SiH 4). Silochrome се характеризира с висока чистота и ниска механична якост. Характерният размер на специфичната повърхност е 60-120 m²/g. Използва се като сорбент в хроматографията, гумен пълнител и катализа.
Силикагелът се получава чрез изсушаване на гел от силициева киселина. В сравнение със силохрома, той има по-ниска чистота, но може да има изключително развита повърхност: обикновено от 300 m²/g до 700 m²/g.
Силициевият аерогел е приблизително 99,8% въздух и може да има плътност до 1,9 kg/m³ (само 1,5 пъти плътността на въздуха).
